《路面设计原理》讲稿--气候与环境

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1、路面设计原理与方法第三章　　气候与环境一．概念　　　　1．道路与其它土木建筑在考虑气候与环境时的区别　　　　道路是露天建筑物　　　　道路是线型建筑，涉及的范围较大　　　　　　　　2．气候的影响　　　　冰冻作用　　　　降雨　　　　3．考虑方法　　　　材料　　　　结构二．冻胀　　　　1．影响因素　　　　对冰冻敏感的土　　　　气温下降的快慢　　　　水源　　　　2．水的种类　　　　自由水　　　　吸附水－－强结合水，弱结合水　　　　3．冻敏土的种类（工程师兵团法）　　　Ｆ１　　　砾石土　＜０．０２ＭＭ　占３～２０％　　　Ｆ２　　　砂　土　＜０．０２ＭＭ　

2、占３～１５％　　　Ｆ３　　　砾石土　＜０．０２ＭＭ　占＞２０％　　　　　　　　砂　土　＜０．０２ＭＭ　占＞１５％　　　Ｆ４　　　粉　土　＜０．０２ＭＭ　占１２～１５％　　　　４．公路土的分类　　　　土：巨粒土，粗粒土，细粒土，特殊土　　　　巨粒土＞60ｍｍ占５０％：漂石土，卵石土　　　　粗粒土２－６０ｍｍ占５０％：砾类土，砂类土　　　　细粒土<0.074mm占50%:粉质土，粘质土，有机质土　　　　特殊土：黄土，膨胀土，红粘土，盐渍土　　　　５．路基水稳定处理办法　　　　换土、路面具有防冻总厚度、设置隔层、设置隔温层　　　　路基排水　　　　６．

3、冰冻指数　　　　度日：表示一日的平均气温低于冻结温度一度第27页路面设计原理与方法　　　　冰冻指数∶累计度日图中最大和最小点之差　　　　　　　　　冰冻指数与冰冻深度有关四、温度变化规律图3-1夏季晴天的情况下水泥混凝土层温度的日变化观测结果大气的温度在一年和一日内发生着周期性的变化，与大气直接接触的路面温度也相应地在一年和一日内发生着周期性变化。图3-1和图3-2分别显示了夏季晴天的情况下水泥混凝土层和沥青混凝土面层温度的日变化观测结果。图中显示的规律表明，路面温度的周期性起伏，同大气温度的变化几乎同步。由于部分太阳辐射热被路面所吸收，因此路面

4、的温度较气温高。图3-2夏季晴天的情况下沥青混凝土面层温度的日变化观测结果路面结构内温度状况随深度变化的情况，可以更明显地从一昼夜内不同时刻和路面温度沿深度分布的曲线图中看出。温度梯度通常在早晨的某一时刻(图3-6中为8：00)接近于零，午后某一时刻(图3-6中为14：00)正温差达到最大值，而在凌晨某一时刻(大约在3：00～5：00)负温差达到最大值。第27页路面设计原理与方法图3-3水泥混凝土面层一昼夜内不同时刻温度沿深度分布的曲线五、温度状况的预测决定路面结构内温度状况的因素，有外部和内部两类。外部因素主要是气候条件，诸如太阳辐射(日照和

5、云量)、气温、风速、降水量和蒸发量等。其中，太阳辐射和气温是决定路面温度状况的两项最重要的因素。射到路面的短波辐射热(太阳直接辐射和大气散射辐射)，一部分被路面反射掉，余下部分则被路面所吸收而增高其温度。大气和路面发出的长波辐射，构成了路面的再辐射，使路面放出部分热量，大气和路面之间的温度差异，引起了对流热的变换。风的作用加强了对流，使路面丧失了部分热量。降水和随后的蒸发都会显著地降低由日照所增加的路面温度。内部因素则为路面各结构层的热传导率、热容量(比热)和对辐射热的吸收能力等，热传导率是单位温度梯度条件下在单位时间内垂直通过单位面积断面的热

6、量，其值同材料的结构、孔隙率和湿度有关。热容量系指使单位质量的物质产生单位温度变化时所需要的热量。美国E.S.Barber把影响路面的温度的两项主要气象因素——气温和辐射热，综合成一种当量的有效温度Te，假设它随时间呈正弦周期性变化：（3-3）并且假设路面结构为半无限体(Z→∞时，T≠0)，根据这些条件解出式(3-4)，得到路面内的温度场为：（3-4）估计长波再辐射(有效辐射)的净损失平均约为1/3，则：（3-6）由式(3-4)，根据气象资料(日辐射热、日平均气温、日温差、平均风速等)和路面材料的热特性参数(热传导率、热容量、辐射热吸收能力等)

7、，就可确定单一路面层内的温度状况。计算路面的最高温度时，以Z=0和正弦函数值为1代入式(3-4)，可得简化式为：（3-9）Barber公式主要适用于估算路面表面的温度变化。但由于面层下各结构层传热性能的变化对面层上部的温度状况影响很小，此公式也可用于估算面层接近表面深度范围内的温度状况。六．计算结果分析第27页路面设计原理与方法图3-54月温度场实测值与计算值的比较图3-610月温度场实测值与计算值的比较七．路面温度场随各因素变化的规律分析1、温度分布图3-7和图3-8所示的6月份温度分布曲线，清楚地表明了沥青路面表面温度的日波动量最大，约为4

8、0℃，在5cm深处温度的日波动量最大约为20℃左右，而沥青面层底部温度的日波动量约为11℃左右，在30cm深处的水泥砂砾基层中，温度日波动量最大约为5